有關細胞間信息交流知識的拓展

金術超

(北京市第二中學亦莊學校 100176)

1 細胞間信息交流的方式

1. 1 細胞間信息交流的典型模式 細胞間的信息交流有以下三種典型模式: ①細胞分泌的化學物質(如激素、神經(jīng)遞質)，隨體液到達全身各處，與靶細胞的細胞膜表面的受體結合，將信息傳遞給靶細胞，這種調節(jié)是最常見的類型；②相鄰兩個細胞的細胞膜接觸，信息由一個細胞傳遞給另一個細胞；③相鄰兩個細胞之間形成通道，攜帶信息的物質通過通道進入另一個細胞。例如，高等植物細胞之間通過胞間連絲相互連接，也有信息交流的作用。胞間連絲貫穿兩個相鄰的植物細胞的細胞壁，并連接兩個原生質體的胞質絲。它們使相鄰細胞的原生質連通，是植物物質運輸、信息傳導的特有結構。

1.2 外泌體在細胞間信息交流中的作用 外泌體是細胞分泌的40～100 nm級別膜性小泡，在20世紀80年代初就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，但其在細胞間所起到的信息交流作用，直至最近才開始為人們所認識。外泌體可由B細胞、T細胞、樹突細胞、成纖維細胞、內皮細胞和腫瘤細胞等多種細胞釋放。正常生理狀態(tài)下，血液、尿液、乳汁、羊水中都能分離出外泌體，其內含有蛋白質、核酸、脂質等分子。由于外泌體具有囊泡結構，其進行細胞間信息交流方式與上述典型模式不同。外泌體參與細胞間信息交流有三種主要方式，包括膜表面信號分子的直接作用、膜融合時內容物的胞內調節(jié)以及生物活性成分的釋放調節(jié)。外泌體的發(fā)現(xiàn)使得細胞間的信息交流更加精細和全面，外泌體的發(fā)現(xiàn)揭示了存在于機體自身的RNA胞間轉移途徑，由于具有安全有效的靶向運輸能力，在基因治療領域將有望成為理想的基因治療載體[1]。

外泌體的形成過程包括兩部分：首先細胞膜通過“逆出芽”方式向內出芽形成小囊泡，包容部分細胞質基質成為多囊泡胞內體；多囊泡胞內體隨之與細胞膜相融合，存在其內部的囊泡結構被釋放到細胞外形成外泌體。

外泌體信息交流的作用機制主要是：①依賴于膜表面信號分子的信息轉運。研究發(fā)現(xiàn)，B細胞來源的外泌體表面存在MHCI、MHCII、共刺激因子，它可以引發(fā)抗原特異性的T細胞免疫反應。細胞可以分泌有Wnt蛋白的外泌體，通過遠距離擴散結合到靶細胞表面受體，調節(jié)細胞分化。②外泌體來源的mRNA被翻譯成蛋白質，進而參與相關調節(jié)作用，而且不僅僅是mRNA，其所轉移的microRNA同樣具有生物活性，在進入受體細胞后可以靶向調節(jié)mRNA的翻譯水平。③外泌體來源的脂質通過Notch信號途徑促進受體細胞凋亡；外泌體來源的轉錄因子受體參與調解受體細胞的轉錄[2]。

通常細胞間信息交流方式是細胞通過分泌蛋白質等信號分子，作用于靶細胞膜表面的特異性受體進而激發(fā)細胞內信號通路，改變受體細胞的功能狀態(tài)。而外泌體信息交流作用的出現(xiàn)使得信號分子在體液中的彌散過程不再重要，保證了那些在細胞外液中易失活或降解的成分安全轉移至靶細胞內參與調解[2]。

2 有關細胞間信息交流中的受體

2.1 細胞膜上的受體 細胞膜受體位于靶細胞膜上，例如膽堿受體、胰島素受體、胰高血糖素受體等，其中激素的受體種類最豐富。細胞膜表面受體與激素分子結合后如何產(chǎn)生生物學效應呢？作為第一信使的激素分子與細胞膜受體結合后并不進入細胞。結合激素的受體能使位于膜上的腺苷酸環(huán)化酶活化，從而使ATP轉成環(huán)腺苷酸(cAMP)，后者稱為第二信使，它能引發(fā)細胞內一系列生化反應而產(chǎn)生最終生物效應。例如，腎上腺素在腎上腺髓質分泌后通過血液輸送至肝細胞產(chǎn)生效應。它們與肝細胞表面受體相結合后能使膜上腺苷酸環(huán)化酶活化催化ATP形成cAMP，后者使蛋白激酶等一系列酶蛋白相繼活化，最終使糖原分解成葡萄糖，從而使血糖濃度升高。

有些受體(例如，α類腎上腺素能受體)與激素結合后細胞內不是cAMP而是Ca2+的濃度有明顯增加，這可能是由于膜上Ca2+通道開啟，使細胞外Ca2+進入細胞引起的。Ca2+能與鈣調蛋白結合并引起一系列反應，因而有人認為Ca2+也是一種第二信使。

近年來，發(fā)現(xiàn)有些激素(如胰島素)與細胞膜受體結合后并不僅僅停留在表面，形成的胰島素-受體復合物可通過胞吞方式進入細胞內部，繼而這些復合物再與溶酶體融合或與其他細胞器膜相結合而產(chǎn)生生物效應[3]。

2.2 細胞內受體 細胞內受體主要包括胞漿受體(位于細胞質基質中)和胞核受體(位于細胞核內)兩種。胞漿受體位于靶細胞漿內，例如性激素受體、腎上腺皮質激素受體等；胞核受體位于靶細胞核內，例如甲狀腺素、雌激素受體、雄激素受體等。

細胞內受體多為反式作用因子，當與相應信息分子結合后，能與DNA的順式作用元件結合,調節(jié)基因轉錄。能與此型受體結合的信息物質有類固醇激素、甲狀腺素和維甲酸等。

2.3 突觸前膜受體 突觸前膜釋放神經(jīng)遞質作用于突觸后膜的受體蛋白引起靶細胞興奮或抑制。研究發(fā)現(xiàn)突觸前膜也存在受體，即突觸前受體，其激活有助于控制神經(jīng)信號傳播的強度。突觸前受體可分為：①突觸前自身受體，是指位于軸索末梢、被該神經(jīng)末梢釋放的遞質所作用、對該神經(jīng)末梢遞質釋放起調節(jié)作用的受體，可導致遞質釋放的增減；②突觸前旁調受體，其一方面受附近其他神經(jīng)或組織釋放遞質或活性物質所作用；另一方面也調節(jié)神經(jīng)遞質的釋放，并對鄰近神經(jīng)末梢釋放的遞質、局部產(chǎn)生的其他物質或血源性物質敏感，可以抑制或激活神經(jīng)遞質的釋放。由于突觸前受體在調節(jié)神經(jīng)遞質釋放過程中具有重要作用，通過研制合適的突觸前受體的激動劑或拮抗劑，適度調節(jié)神經(jīng)末梢遞質的釋放，可以達到控制或治療多種疾病的目的[3]。

3 細胞間信息交流中傳遞信息的分子

細胞間以間接的方式進行信息交流時，信息分子在傳遞信息過程中起到信號分子的作用。 根據(jù)信號分子的溶解性可分為親水性和親脂性兩類。親水性信號分子的主要代表是神經(jīng)遞質、含氮類激素(除甲狀腺激素)、局部介質等，它們不能穿過靶細胞膜，只能通過與細胞表面受體結合，再經(jīng)信號轉換機制，實現(xiàn)跨膜傳遞信息，以啟動一系列反應而產(chǎn)生特定的生物學效應。親脂性信號分子要穿過細胞質膜作用于細胞質或細胞核中的受體，與胞內受體結合形成激素-受體復合物，成為轉錄促進因子，作用于特異的基因調控序列，啟動基因的轉錄和表達，主要代表是類固醇類激素、甲狀腺激素等。

此外，已發(fā)現(xiàn)和證實一氧化氮(NO)在生物體內是一種重要的信號分子和效應分子， NO是迄今在體內發(fā)現(xiàn)的第一個氣體性信號分子，它能進入細胞直接激活效應酶，參與體內眾多的生理病理過程。研究表明，ATP也可以作為神經(jīng)細胞間信息傳遞的信號分子。有些抗體分子可以與吞噬細胞表面受體結合，以增強吞噬細胞的吞噬功能，這與激素的特點類似，可以說是信號分子[3]。